金海波，凌晨，李靜波

（1.北京理工大學(xué) 材料學(xué)院，北京 100081；2.結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

0 引 言

衛(wèi)星在近地軌道運(yùn)行時(shí)，其外部熱環(huán)境會(huì)發(fā)生劇烈變化，溫度波動(dòng)范圍可達(dá)–150～150℃[1-3]。為了維持其搭載設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并最大限度地延長(zhǎng)設(shè)備服役壽命，航天器需要配備熱控系統(tǒng)，使其在合適的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行[4-5]。在空間環(huán)境中，輻射是航天器與環(huán)境換熱的唯一方式，且主要集中在中、遠(yuǎn)紅外波段[6]。可變發(fā)射率熱控器件可以根據(jù)工作溫度變化，實(shí)現(xiàn)低溫低熱輻射率和高溫高熱輻射率，從而大幅提高熱控效率[7-8]，成為航天器熱控系統(tǒng)的重要組成部分。

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，微小型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星等微型航天器由于其靈活、專業(yè)、低開(kāi)發(fā)、制備和運(yùn)行成本等優(yōu)勢(shì)受到了國(guó)際航天科研工作者的青睞。但是微/納衛(wèi)星體積小、空間利用率高、功率密度高，對(duì)衛(wèi)星的熱控技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)[9]。

傳統(tǒng)的可變發(fā)射率熱控器件主要采用諸如百葉窗等電驅(qū)動(dòng)熱控器件，通常需要搭配溫度傳感器、驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)元件、控制電路、供電系統(tǒng)等部件，增加了航天器重量、體積以及能源消耗，也增加了相應(yīng)的制造和發(fā)射成本。因此具有快速響應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小的高效新型航天器熱控器件成為目前航天熱控技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可變發(fā)射率熱控器件可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型兩大類。主動(dòng)型熱控器件強(qiáng)調(diào)使用各種驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)各項(xiàng)熱控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、精確控溫。如：基于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）的微型熱控百葉窗[7,10-15]、靜電開(kāi)關(guān)輻射器[16-25]、電致變色熱控器件[26-30]、可控?zé)崃總鬏數(shù)男滦蜔峁芗夹g(shù)[31-35]。而被動(dòng)型熱控器件則是利用器件自身特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，隨著環(huán)境溫度的變化，自主調(diào)節(jié)發(fā)射率，實(shí)現(xiàn)低溫低發(fā)射率、高溫高發(fā)射率。如：基于熱致變色的智能熱控器件（Smart Radiation Device，SRD）[36-40]、微型熱開(kāi)關(guān)[41-42]、智能型可反復(fù)展開(kāi)式輻射器[43-45]等。

1 主動(dòng)型可變發(fā)射率熱控器件

1.1 微型熱控百葉窗

微型熱控百葉窗是一種采用電驅(qū)動(dòng)的裝置，通過(guò)控制低發(fā)射率葉片遮擋高發(fā)射率散熱表面的方法來(lái)控制器件的整體發(fā)射率，進(jìn)而控制航天器溫度[46]。早期航天器設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)熱控百葉窗作為一種重要的熱控技術(shù)在各個(gè)國(guó)家的航天器中得到了廣泛運(yùn)用。我國(guó)于1971年3月3日發(fā)射的第2顆衛(wèi)星“實(shí)踐1號(hào)”便將熱控百葉窗技術(shù)運(yùn)用于該航天器的熱控系統(tǒng)當(dāng)中[47]。為了適應(yīng)航天器微尺度化的發(fā)展趨勢(shì)，基于MEMS的微型熱控百葉窗受到了航天科研工作者的廣泛關(guān)注。美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)Osiander等研制了一種可以通過(guò)開(kāi)關(guān)葉片來(lái)控制器件輻射率的MEMS微型熱控百葉窗，在每平方厘米大小的表面集成了400個(gè)0.15 mm2大小的微型葉片，可以通過(guò)電信號(hào)驅(qū)動(dòng)葉片的開(kāi)關(guān)來(lái)控制器件的輻射率，如圖 1所示。美國(guó)航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）發(fā)射的ST-5衛(wèi)星上使用微型熱控百葉窗，其發(fā)射率變化范圍為0.3～0.6，循環(huán)壽命可達(dá)到10 000～50 000次[11-12]。因?yàn)榘偃~窗及其驅(qū)動(dòng)器占據(jù)了表面積的50%以上，其理論填充系數(shù)（實(shí)際輻射面積與設(shè)備投影面積的比值）無(wú)法超過(guò)50%[11]。Douglas等在實(shí)驗(yàn)室條件下將發(fā)射率調(diào)節(jié)范圍提高到了0.5～0.88[7]。蘭州空間技術(shù)物理研究所也于2011年研制出新型“三明治”微型百葉窗結(jié)構(gòu)，其有效發(fā)射率變化范圍可以達(dá)到0.36～0.79[15]。

圖1 MEMS熱控百葉窗Fig.1 MEMS thermal control shutter

1.2 靜電開(kāi)關(guān)輻射器

靜電開(kāi)關(guān)輻射器（Electrostatic Switched Radiator，ESR）是在真空中通過(guò)靜電力控制高發(fā)射率薄膜表面同低發(fā)射率基板表面的縫隙，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)射率變化，以此實(shí)現(xiàn)航天器熱管理的主動(dòng)型熱控元器件，工作原理如圖 2所示[5,18]。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉，ESR處于保溫狀態(tài)，頂部的高發(fā)射率薄膜由隔熱材料支架支撐，與基板表面形成幾十微米厚的真空層。因此開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，熱量無(wú)法有效向外輻射，達(dá)到保溫效果。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，ESR處于散熱狀態(tài)，高發(fā)射率薄膜受靜電力作用與基板接觸，航天器基板上的熱量可以通過(guò)高發(fā)射率薄膜向宇宙空間輻射[22]。2006年NASA對(duì)靜電開(kāi)關(guān)輻射器進(jìn)行了飛行實(shí)驗(yàn)，其發(fā)射率變化幅度為0.7[20,23]。如今ESR技術(shù)結(jié)合MEMS也呈現(xiàn)出微型化的趨勢(shì)。近期韓國(guó)朝鮮大學(xué)Kim教授設(shè)計(jì)了一種微型電珠散熱器，通過(guò)改變電場(chǎng)方向使得電珠移動(dòng)，進(jìn)而改變散熱器的輻射率，其發(fā)射率變化范圍從0.33～0.65[48]。

圖2 靜電開(kāi)關(guān)輻射器（ESR）結(jié)構(gòu)與工作原理圖[5]Fig.2 Principle of electrostatic switchable radiator（ESR）[5]

1.3 電致變色熱控器件

電致變色是指材料的光學(xué)性質(zhì)（吸收率、發(fā)射率、透過(guò)率等）在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象[27,30,49]。在熱控過(guò)程中，無(wú)論是微型百葉窗還是靜電開(kāi)關(guān)輻射器，其發(fā)射率調(diào)控都涉及機(jī)械過(guò)程。電致變色熱控涂層（Electrochromic，EC）則是依靠外加電場(chǎng)作用下的可逆化學(xué)過(guò)程改變發(fā)射率，從而實(shí)現(xiàn)航天器熱控。美國(guó)NASA“新盛世計(jì)劃”重點(diǎn)研究了電致變色涂層在航天器熱控方面的應(yīng)用，并在2006年發(fā)射的ST-5衛(wèi)星上對(duì)電致變色熱控器件進(jìn)行了飛行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[11]。美國(guó)EES公司設(shè)計(jì)的電致變色熱控器件在原有器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一層透明保護(hù)膜，將電致變色層與空間環(huán)境隔離，提高了熱控器件的服役性能。該器件于2007年搭載美國(guó)MidSTAR衛(wèi)星進(jìn)行空間飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明器件具有良好的熱控性能[6,12]。如圖 3所示，電致變色熱控器件主要由反射電極（Reflective Electrode，RE）、離子存儲(chǔ)層（Ion Storage，IS）、電解質(zhì)層（Ion Conductor，IC）、電致變色層（Electrochromic，EC）、透明導(dǎo)電層（Transparent Electrode，TE），5層膜結(jié)構(gòu)組成[1,28]。安裝在航天器表面的RE層具有反射紅外光線的能力；IS層主要起到存儲(chǔ)功能離子的作用；IC層則為EC層和IS層間的離子傳輸提供通道；EC層作為器件核心，是電致變色反應(yīng)層，變色層的性能決定了整體器件的熱控能力；頂層TC層是具有高電導(dǎo)率和高紅外透射率的透明電極，同時(shí)保護(hù)器件免受宇宙空間原子氧的影響[1,5]。

圖3 電致變色熱控器件[41]Fig.3 Electrochromic thermal control device[41]

Demiryont等設(shè)計(jì)的電致變色熱控器件不僅擁有較低的密度（5 g/m2），而且在實(shí)驗(yàn)室條件下平均發(fā)射率變化幅度達(dá)到0.7，特定波長(zhǎng)的發(fā)射率調(diào)節(jié)變化最大接近0.9，空間實(shí)驗(yàn)中平均發(fā)射率調(diào)節(jié)變化幅度達(dá)到了0.3[1,50-51]。Chandrasekhar等設(shè)計(jì)的電致變色熱控器件，發(fā)射率調(diào)節(jié)變化幅度接近0.5[52]。我國(guó)蘭州物理研究所何延春等采用磁控濺射方法，制備了WO3/ITO/Glass簡(jiǎn)易電致變色器件，透過(guò)率平均變化達(dá)到50%，具有較好的變色性能[5,53]。近期加拿大科研人員Camirand和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)改變不同的濺射壓強(qiáng)控制WO3薄膜的孔隙率。利用循環(huán)伏安法結(jié)合原位傳輸測(cè)量，發(fā)現(xiàn)更快的電荷注入可以有效影響紅外調(diào)制能力[54]。雖然各種電致變色熱控器件擁有諸多優(yōu)異的性能，但是在實(shí)際應(yīng)用上依舊面臨許多問(wèn)題。在電致變色層材料的選擇方面，有機(jī)材料存在易降解的問(wèn)題，而無(wú)機(jī)材料變色響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而且變色材料在外空間劇烈溫度變化條件下，都面臨著循環(huán)壽命欠佳的問(wèn)題[29,55]。

1.4 可控?zé)崃總鬏敓峁?/h3>

熱管概念于1942年首次被提出，具有極好的導(dǎo)熱效果，已經(jīng)成為航天器熱控技術(shù)中一種重要的傳熱元件[32-34]。熱管一般由管殼、管芯和工作介質(zhì)組成，其基本工作原理是使熱管一端受熱，使管內(nèi)液體蒸發(fā)至另一端冷凝成液體，再利用毛細(xì)力作用使之回流，如此循環(huán)達(dá)到熱控的目的[47]。熱管系統(tǒng)經(jīng)在航天器上的應(yīng)用，證明了其有效性和可靠性[35]。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，熱管技術(shù)也在不斷進(jìn)步，近年來(lái)毛細(xì)抽吸兩相流體回路（Capillary Pump Loop，CPL）[56-58]熱管和環(huán)路熱管（Loop Heat Pipe，LHP）[59-60]作為兩個(gè)重要的研究方向受到了各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注，其結(jié)構(gòu)如圖 4所示。目前環(huán)路熱管（LHP）發(fā)展較好，并進(jìn)行了多次飛行實(shí)驗(yàn)，取得了較好的效果，成為一種重要的航天器熱控技術(shù)。CPL作為一種新型熱量收集輸運(yùn)技術(shù)，在大型航天器熱控系統(tǒng)中有著較好的發(fā)展前景。

圖4 熱管示意圖Fig.4 Schematic of heat pipe

2 被動(dòng)型可變發(fā)射率熱控器件

被動(dòng)型可變發(fā)射率熱控器件是利用材料自身物理化學(xué)性質(zhì)，根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)發(fā)射率，起到智能調(diào)控航天器內(nèi)部溫度的作用。它不需要主動(dòng)型熱控器件所需的諸如控制電路、驅(qū)動(dòng)、動(dòng)件和能源供給等部件及繁復(fù)的結(jié)構(gòu)。這對(duì)空間和能源極其有限的空天飛行器來(lái)說(shuō)具有重要意義。

2.1 智能型可反復(fù)展開(kāi)式輻射器

日本宇宙航空開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)/宇宙科學(xué)研究所（Japan Aerospace Exploration Agency/Institute of Space and Aeronautical Science，JAXA/ISAS），開(kāi)發(fā)了一種100 W量級(jí)輕型智能輻射器，該散熱器具有環(huán)境自適應(yīng)能力并裝有記憶可逆型散熱板，具有較高的應(yīng)用潛力，并于2002年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)[43-44]。在不同的熱環(huán)境中，即使沒(méi)有電力支持它依舊可以根據(jù)航天器內(nèi)部溫度與外空間環(huán)境溫度的差異調(diào)整散熱板。如圖 5所示，低溫條件下，散熱板收攏吸熱，高溫條件下散熱板展開(kāi)散熱[61]。于2009年報(bào)道的智能型可反復(fù)展開(kāi)式輻射器的反復(fù)展開(kāi)測(cè)試、真空熱性能測(cè)試和振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表明，在–30～30℃的溫度范圍內(nèi)，散熱板可實(shí)現(xiàn)從0～140°反復(fù)展開(kāi)。熱平衡試驗(yàn)和功率循環(huán)試驗(yàn)等熱性能測(cè)試表明，智能輻射器的自主熱控能力隨功率的變化而變化。雖然振動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)器件造成了輕微的損傷，但不會(huì)對(duì)熱控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響。這些成功的服役性能和熱控性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明，該輻射器具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值[45]。

圖5 智能型可反復(fù)展開(kāi)式輻射器[61]Fig.5 Intelligent deployable/stowable radiator[61]

2.2 微型熱開(kāi)關(guān)

微型熱開(kāi)關(guān)具有適應(yīng)外界環(huán)境溫度來(lái)調(diào)節(jié)器件散熱速率的能力。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生大量熱量，熱開(kāi)關(guān)將電子元件同散熱器連接起來(lái)；當(dāng)設(shè)備不再產(chǎn)生熱量，便將連接斷開(kāi)保存熱量，從而保障設(shè)備處于理想的溫度范圍內(nèi)[41]。如圖 6所示，使用熱開(kāi)關(guān)將每個(gè)內(nèi)部組件連接到衛(wèi)星散熱器。因此，每個(gè)內(nèi)部元器件的溫度可以通過(guò)選擇合適的熱交換工作溫度來(lái)單獨(dú)控制。這一特性使它們成為一種重要的現(xiàn)代衛(wèi)星熱控技術(shù)。微型熱開(kāi)管可通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)導(dǎo)熱性能，美國(guó)“火星漫游者”探測(cè)器所搭載的石蠟啟動(dòng)微型熱開(kāi)關(guān)，這種熱開(kāi)關(guān)依靠石蠟融化過(guò)程中的體積膨脹，可使其熱導(dǎo)率達(dá)到30倍的變化，其熱導(dǎo)率最大可達(dá)到0.4 W/℃[4]。Lankford等開(kāi)發(fā)了一種氣隙式微型熱開(kāi)關(guān)，通過(guò)加熱吸附床中的吸附劑控制開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)間隙中氣體的體積，進(jìn)而改變熱傳導(dǎo)效率[62]。除了上述兩種常見(jiàn)的熱開(kāi)關(guān)，見(jiàn)諸報(bào)道的熱開(kāi)關(guān)還有非均勻膨脹型熱開(kāi)關(guān)（Differential Thermal Expansion，DTE）[63]、可調(diào)制熱層開(kāi)關(guān)（Variable Thermal Layer，VTL）[64]和電濕潤(rùn)介質(zhì)開(kāi)關(guān)[65]等。

圖6 微型熱開(kāi)關(guān)輻射器[41]Fig.6 Micro thermal switch radiator[41]

2.3 基于熱致變色功能材料的智能輻射器件

熱致變色功能材料是一類基于熱致相變實(shí)現(xiàn)有效的光學(xué)調(diào)制的材料。材料受熱發(fā)生相變，光的透過(guò)率和反射率在熱致相變前后發(fā)生顯著變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度自適應(yīng)的智能光學(xué)響應(yīng)。因此，熱致變色材料在光電子器件、激光防護(hù)和航天器熱控用智能型輻射器件等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)機(jī)金屬氧化物熱致變色材料穩(wěn)定性高，適于空間環(huán)境應(yīng)用。其中，二氧化釩（VO2）和鈣鈦礦稀土堿土金屬錳氧化物（LaSrMnO3型）熱致變色材料是當(dāng)前最具潛力的SRD材料。

2.3.1 鈣鈦礦稀土堿土金屬錳氧化物

用于航天器SRD的鈣鈦礦稀土堿土金屬錳氧化物主要為L(zhǎng)a1-xSrxMnO3和La1-xCaxMnO3化合物。它們是在LaMnO3中用Sr2+/Ca2+替代部分La3+形成的畸變鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物，鈣鈦礦晶胞原型如圖 7所示[66]。La1-xSr/CaxMnO3是一種電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料，通過(guò)改變化合物中的Sr/Ca含量，金屬–絕緣轉(zhuǎn)變（Metal-Insulator Transition，MIT）溫度可以調(diào)控到室溫附近[67-69]。其低溫金屬相對(duì)紅外光強(qiáng)反射，高溫絕緣相則對(duì)紅外光高透過(guò)。由于其光學(xué)性能與航天器熱控要求相匹配，受到了來(lái)自中國(guó)和日本科學(xué)家的關(guān)注[70-73]。研究表明隨著Sr2+/Ca2+摻雜量的不同，La1-xSrxMnO3的發(fā)射率將產(chǎn)生較大的變化[74]。2003年Tachikawa等針對(duì)La1-xSrxMnO3鈣鈦礦錳氧化物進(jìn)行了研究，其最高發(fā)射率可達(dá)0.65，最低發(fā)射率為0.28，發(fā)射率調(diào)節(jié)范圍達(dá)到0.37[75]。近年來(lái)南京理工大學(xué)利用射頻濺射法分別在不同基底上制備了摻雜錳酸鑭熱致變色薄膜，其發(fā)射率變化幅度達(dá)到0.43，呈現(xiàn)出優(yōu)良的熱控性能[76-77]。2017年日本的Shiota等利用金屬有機(jī)物分解技術(shù)在Si基底上制備了致密單相鈣鈦礦（La1-xSrx）MnO3-δ薄膜，觀察到發(fā)射率隨鐵磁-順磁相變產(chǎn)生變化，發(fā)射率變化幅度約0.2[78]。

圖7 LaMnO3晶格結(jié)構(gòu)Fig.7 Lattice structure of LaMnO3

雖然其光學(xué)特性可以滿足航天器熱控要求，但是鈣鈦礦錳氧化物材料的太陽(yáng)吸收率較高，需要利用多層光學(xué)膜結(jié)構(gòu)降低其太陽(yáng)吸收率。此類材料的熱致變色響應(yīng)溫度范圍較寬，熱控響應(yīng)相對(duì)緩慢，難以實(shí)現(xiàn)精確熱控管理。此外，鈣鈦礦錳氧化物材料需要精確的成分控制才能實(shí)現(xiàn)功能特性。這都是未來(lái)實(shí)際應(yīng)用中需要克服的難題。

2.3.2 二氧化釩熱致變色材料

二氧化釩（VO2）作為一種過(guò)渡金屬氧化物，在68℃左右發(fā)生金屬–絕緣體相變（MIT），相變響應(yīng)速度極快，小于納秒量級(jí)[79-80]。伴隨著相變的發(fā)生，VO2由高溫金紅石金屬相（R相，空間群P42/mnm）轉(zhuǎn)變成低溫單斜半導(dǎo)相（M1相，空間群P21/c），如圖 8所示。伴隨MIT相變，其電阻率和紅外透過(guò)率發(fā)生大幅度突變，電阻率變化幅度可高達(dá)4 ～5個(gè)數(shù)量級(jí)，紅外透過(guò)率也由高溫低透過(guò)率高反射率狀態(tài)變?yōu)榈蜏馗咄高^(guò)率低反射率狀態(tài)，透光率變化可達(dá)70%以上[81]。相應(yīng)地，VO2薄膜發(fā)射率也會(huì)發(fā)生突變，發(fā)射率變化幅度達(dá)到0.6[82]。

圖8 VO2相變前后結(jié)構(gòu)及紅外透過(guò)率變化Fig.8 Structure and infrared transmittance changes during the VO2 phase transition

然而VO2對(duì)紅外光低溫高透過(guò)、高溫高反射，其發(fā)射率隨溫度變化正好與航天器熱控需求相反。加拿大學(xué)者Benkahoul等直接在金屬鋁基材上制備VO2薄膜，利用鋁對(duì)紅外光的強(qiáng)反射，實(shí)現(xiàn)了材料光學(xué)性能的反轉(zhuǎn)，獲得了適于航天器熱控應(yīng)用的發(fā)射率可調(diào)的器件[83]。雖然此器件的發(fā)射率調(diào)制率只有0.22[83]，但是此項(xiàng)工作證明，將VO2材料輔以強(qiáng)反射基底，可以發(fā)揮VO2的熱致變色性能，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星熱控功能。研究者們先后提出了利用多層膜結(jié)構(gòu)改善SRD熱控性能的研究思路[84-86]，基本原理是在強(qiáng)反射基底與VO2薄膜間引入光介質(zhì)層，采用高反射金屬膜/紅外透光介質(zhì)膜/VO2膜以及防靜電膜的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，形成非對(duì)稱法布里–珀羅（F-P）諧振微腔，通過(guò)相干相消，實(shí)現(xiàn)低溫低發(fā)射率，高溫高發(fā)射率的熱控功能[84-86]。非對(duì)稱F–P諧振微腔結(jié)構(gòu)示意如圖 9，高反射金屬膜、紅外透光介質(zhì)膜、VO2膜構(gòu)成基本的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。

在航天器SRD應(yīng)用研究方面，加拿大MPB通信公司在加拿大航天局（Canadian Space Agency，CSA）和歐洲航天局（European Space Agency，ESA）的資助下開(kāi)展了基于VO2的航天器用SRD器件的研究。他們采用金屬Al基底，將具有一定尺寸和形狀的熱致相變顆粒分散于SiO2介質(zhì)中，制備出了低溫低發(fā)射率、高溫高發(fā)射率，在30～90℃范圍內(nèi)發(fā)射率變化△ε～0.45的熱致變色可調(diào)發(fā)射率涂層[88]。MPB公司還開(kāi)發(fā)出Ag/VO2/SiO2/VO2多層膜結(jié)構(gòu)智能型熱控器件，發(fā)射率變化范圍為0.38～0.74，太陽(yáng)吸收率僅為0.32。器件經(jīng)4 000次的真空熱循環(huán)和17次抗熱震穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)（溫度區(qū)間為–196～165℃），仍然具有較好的熱控性能，表明器件具有較好的穩(wěn)定性和熱服役性能[89]?？紤]空間復(fù)雜環(huán)境對(duì)器件熱控效率的影響，Jiang等開(kāi)展了空間原子氧環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)空間氧原子環(huán)境對(duì)器件性能影響甚微[90]。Ali Hendaoui等提出了一種簡(jiǎn)單的三層薄膜結(jié)構(gòu)，如圖 10所示，在VO2相變前后發(fā)射率由0.22增加至0.71，發(fā)射率變化達(dá)到0.49[84]。意大利學(xué)者Li Voti等研究了基于VO2/Cu和VO2/Ag的多層膜結(jié)構(gòu)，發(fā)射率隨著層數(shù)的增加而增加，其發(fā)射率最大變化范圍為0.3～0.7[91]。2017年美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的Sydney Taylor等利用單軸傳遞矩陣方法和有效介質(zhì)理論計(jì)算了器件輻射特性，計(jì)算結(jié)果顯示隨著VO2相變的發(fā)生，智能熱控器件形成法布里–珀羅諧振微腔，實(shí)現(xiàn)低溫低發(fā)射率，高溫高發(fā)射率的熱控性能[87]。

圖9 VO2熱致變色智能輻射器（SRD）結(jié)構(gòu)示意[87]Fig.9 Schematic diagram of VO2 thermochromic smart radiator device （SRD）[87]

國(guó)內(nèi)相關(guān)工作仍處于起步和技術(shù)儲(chǔ)備階段。馮煜東等利用TFCALC軟件開(kāi)展了基于VO2的SRD的光學(xué)模擬設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)了Al2O3/Ag/Al2O3/TiO2/VO2/TiO2/VO2/TiO2/Ge和Al2O3/Ag/Al2O3/Ge/VO2/Ge/VO2/SiO2/Ge的多層膜結(jié)構(gòu)，模擬計(jì)算的最大發(fā)射率變化可達(dá)0.5[92]。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的閆璐等設(shè)計(jì)了基于非對(duì)稱FP諧振腔的VO2智能熱控涂層，利用光學(xué)模擬計(jì)算研究了熱控涂層的發(fā)射率變化幅度△ε隨著VO2層厚度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)△ε隨VO2膜厚度增加先增大后減小，最大可達(dá)到0.6[93]。他們制備的Ag/HfO2/VO2三層膜結(jié)構(gòu)SRD器件（如圖 11），當(dāng)VO2薄膜厚度為50 nm時(shí)△ε達(dá)到最大，發(fā)射率調(diào)節(jié)范圍為0.13～0.68[94]。

已有的研究工作表明，VO2/光介質(zhì)層/金屬基底多層膜結(jié)構(gòu)的發(fā)射率與基底材料、光介質(zhì)層材料、膜層厚度、多層結(jié)構(gòu)形式等各種因素均有密切關(guān)系，但最關(guān)鍵的因素是作為SRD器件核心材料的VO2薄膜的光學(xué)調(diào)制性能，即VO2薄膜的質(zhì)量。

航天器用VO2基SRD器件不但需要VO2具有強(qiáng)的紅外調(diào)制能力還要保持低的太陽(yáng)吸收率，這對(duì)VO2薄膜質(zhì)量提出了很高的要求；為實(shí)現(xiàn)有效熱控，還需降低VO2的相變溫度。然而，制備高質(zhì)量的VO2薄膜難度較大，這主要是因?yàn)閂O2在空氣氣氛下是亞穩(wěn)相，熱處理過(guò)程中氧分壓微小的變化就易形成第二相，而且氧空位對(duì)VO2的相變性能具有顯著的影響[39]。

國(guó)內(nèi)外科研工作者在VO2薄膜制備及其相變溫度調(diào)控方面開(kāi)展了廣泛的研究。目前制備VO2薄膜的工藝主要有脈沖激光沉積[84,95]、反應(yīng)蒸發(fā)[96]、磁控濺射[97]、分子束外延[98]、溶膠–凝膠[99]、化學(xué)氣相沉積法[100]和水熱法[37]等。其中最具實(shí)用價(jià)值的是磁控濺射、溶膠–凝膠和水熱法。溶膠凝膠法簡(jiǎn)便易行，但所制備薄膜的質(zhì)量普遍低于磁控濺射和水熱法，溶膠凝膠法制備的VO2薄膜的相變電阻躍遷幅度基本小于3個(gè)數(shù)量級(jí)[99,101]，而磁控濺射和水熱法所制備薄膜的相變電阻躍遷幅度可達(dá)～4個(gè)數(shù)量級(jí)[37,97]。北京理工大學(xué)金海波課題組對(duì)磁控濺射法和液相法制備VO2薄膜開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。在磁控濺射制備VO2薄膜的研究工作中發(fā)現(xiàn)襯底誘導(dǎo)取向生長(zhǎng)對(duì)VO2薄膜的熱處理穩(wěn)定性和光、電性能具有顯著影響[102]，為利用磁控濺射技術(shù)制備高質(zhì)量VO2薄膜提供了技術(shù)基礎(chǔ)。首次提出了利用襯底誘導(dǎo)技術(shù)采用水熱法制備具有規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)薄膜的研究思路，成功制備得到具有桁架結(jié)構(gòu)的VO2/Al2O3網(wǎng)絡(luò)薄膜和具有正交結(jié)構(gòu)的VO2/TiO2網(wǎng)絡(luò)薄膜，如圖 12所示。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)VO2薄膜具有優(yōu)良的結(jié)晶性能，電阻調(diào)制幅度達(dá)到4.8個(gè)數(shù)量級(jí)，如圖 12（b）。其自組裝的多孔結(jié)構(gòu)提高了薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率，最大可見(jiàn)光透過(guò)率超過(guò)65%，如圖 12（d），同時(shí)薄膜保持了高的紅外調(diào)制率，相變前后對(duì)2 000 nm紅外光的調(diào)制率達(dá)到41.9%，對(duì)5 000 nm紅外光調(diào)制率接近50%。由于網(wǎng)絡(luò)薄膜具有桁架結(jié)構(gòu)，薄膜表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗相變疲勞損傷性能，經(jīng)500次熱循環(huán)相變，薄膜性能基本沒(méi)有改變，如圖 12（c）。結(jié)合襯底誘導(dǎo)技術(shù)，在長(zhǎng)有多晶TiO2緩沖層的石英玻璃上水熱法制備得到結(jié)合良好的多孔VO2納米片組裝膜，薄膜表現(xiàn)出。

優(yōu)異的熱致變色性能[40]。上述工作表明，利用誘導(dǎo)技術(shù)，采用水熱法可以制備得到熱致變色性能優(yōu)良的VO2薄膜，從而滿足SRD性能要求。

圖12 VO2/Al2O3桁架結(jié)構(gòu)和VO2/TiO2正交結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)膜Fig.12 VO2/Al2O3 trussed-structure network film and VO2/TiO2 orthogonal nanonet film

VO2是典型的電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料，利用外電場(chǎng)可以激發(fā)相變，調(diào)節(jié)相變溫度[103]。Nakano等制備了VO2基雙電層晶體管，研究發(fā)現(xiàn)，厚度為50 nm的VO2納米薄膜在3 V門(mén)電壓作用下，相變溫度下降到～50℃[104]。1.14%W摻雜VO2納米線在225 K溫度只需約1 V電壓即可誘導(dǎo)相變發(fā)生，隨著溫度升高，誘導(dǎo)相變所需的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸降低[105]。金海波課題組在VO2薄膜上制備間距40 μm的表面電極，在50℃利用外電場(chǎng)激發(fā)了VO2的金屬–絕緣轉(zhuǎn)變，隨氧缺位的增加誘導(dǎo)相變所需的電壓降低，如圖 13[39]。上述研究結(jié)果表明，較小的工作電壓即可顯著降低VO2薄膜的相變溫度，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為VO2基SRD設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新思路。

圖13 VO2樣品的I-V曲線Fig.13 I-V curves of VO2 samples

已有的研究表明利用元素?fù)诫s可以改變VO2的相變溫度[106]，其中高價(jià)金屬離子如W[107-108]、Mo[109]、Nb[110]等的摻雜可以有效降低VO2的相變溫度。如圖 14所示，隨著W元素?fù)诫s含量的增多，材料相變溫度有著明顯降低[111]。研究表明，W、Mo、Nb等元素?fù)诫s會(huì)弱化V-V鍵的共價(jià)性進(jìn)而降低V-V鏈相互作用的強(qiáng)度，最終降低了相變溫度TMIT。W摻雜VO2晶格結(jié)構(gòu)與d//軌道變化如圖 14（a）～14（b）所示[111-113]。然而，摻雜往往會(huì)對(duì)VO2的光學(xué)調(diào)制性能產(chǎn)生不利的影響，相關(guān)工作仍需進(jìn)一步深入展開(kāi)。

圖14 W摻雜VO2使其相變溫度發(fā)生改變Fig.14 Orbital change manipulation metal-insulator transition temperature in W-doped VO2

國(guó)內(nèi)外對(duì)VO2熱致變色SRD的研究進(jìn)展表明，VO2基SRD器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、紅外調(diào)制率高，是很具應(yīng)用前景的新一代熱控器件。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化高質(zhì)量純相VO2大面積薄膜制備技術(shù)、優(yōu)化VO2薄膜SRD器件結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)合理的摻雜技術(shù)，有望形成具有實(shí)用價(jià)值的特別適合微小衛(wèi)星的新一代熱控技術(shù)。

3 結(jié) 論

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，微小型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星等微型航天器的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的熱控器件面臨著巨大挑戰(zhàn)。相關(guān)研究表明，未來(lái)的航天器熱控技術(shù)有如下發(fā)展趨勢(shì)：基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的新型熱控器件將得到逐步應(yīng)用；同時(shí)紅外發(fā)射率可變材料，如電/熱致變色材料，尤其是VO2熱致變色材料，作為一類新興的功能材料具有極大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿?；新型的CPL和LHP等熱管技術(shù)將會(huì)大大提高現(xiàn)有航天器的熱控能力。

下一代的航天器熱控系統(tǒng)，將會(huì)提高各種熱控器件的協(xié)同應(yīng)用程度，被動(dòng)型和主動(dòng)型器件相互輔助，共同實(shí)現(xiàn)新一代航天器熱控管理。

[1]DEMIRYONT H，SHANNON III K，PONNAPPAN R.Electrochromic devices for satellite thermal control[C]// Space Tech.&Applic.Int.Forum-staif 2006.[S.l]：AIP，2006.

[2]DAVID G G.Spacecraft thermal control handbook volume I：fundamental technologies[J].Mechanical Engineering，2002（5）：68.

[3]DONABEDIAN M.Spacecraft thermal control handbook，volume II：cryogenics[M].El Segundo，California：The Aerospace Press，2002.

[4]范含林.航天器熱控材料的應(yīng)用和發(fā)展[C]//航天材料及工藝研究所建所50周年科技論壇暨先進(jìn)功能復(fù)合材料技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)、中國(guó)宇航學(xué)會(huì)材料工藝專業(yè)委員會(huì)2007年學(xué)術(shù)研討會(huì).北京：中國(guó)宇航學(xué)會(huì)，2007.FAN H L.Spacecraft thermal control materials[C]//The 50th Anniversary of the Institute of Aerospace Materials and Technology，BBS and Advanced Functional Composite Materials Technology Academic Exchange Meeting，China Aerospace Society Material Craft Professional Committee 2007 Academic Seminar.Beijing：Chinese Society of Astronautics，2007.

[5]曹生珠，陳學(xué)康，吳敢，等.航天器用可變發(fā)射率熱控器件[C]//空間材料及其應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì).北京：中國(guó)空間技術(shù)研究院，2011.CAO S Z，CHEN X K，WU G，et al.Spacecraft variable emittance thermal control devices[C]//Proceedings of the Space Materials and Applied Technology Academic Exchange.Beijing：China Academy of Space Technology，2011.

[6]劉東青，程海峰，鄭文偉，等.紅外發(fā)射率可變材料在航天器熱控技術(shù)中的應(yīng)用[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（2）：145-149.LIU D Q，CHENG H F，ZHENG W W，et al.Application of variable infrared-emissivity materials to spacecraft thermal control[J].Journal of National University of Defense Technology，2012，34（2）：145-149.

[7]DOUGLAS D M，SWANSON T，OSIANDER R，et al.Development of the variable emittance thermal suite for the space technology 5 microsatellite[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque，New Mexico：AIP，2002，608（1）：204-210.

[8]郭寧.可變發(fā)射率熱控器件的研究進(jìn)展[J].真空與低溫，2003，9（4）：187-190.GUO N.The development of the variable emittance thermal suite[J].Vacuum & Cryogenics，2003，9（4）：187-190.

[9]潘增富.微小衛(wèi)星熱控關(guān)鍵技術(shù)研究[J].航天器工程，2007，16（2）：16-21.PAN Z F.Study on key thermal control technology for microsatellite[J].Spacecraft Engineering，2007，16（2）：16-21.

[10]PATTON S T，COWAN W D，ZABINSKI J S.Performance and reliability of a new MEMS electrostatic lateral output motor[C]//Reliability Physics Symposium Proceedings，1999.37th Annual.1999 IEEE International.San Diego，CA，USA：IEEE，1999：179-188.

[11]OSIANDER R，F(xiàn)IREBAUGH S L，CHAMPION J L，et al.Micro electromechanical devices for satellite thermal control[J].IEEE Sensors Journal，2004，4（4）：525-531.

[12]OSIANDER R，CHAMPION J，DARRIN M，et al.Micro-machined shutter arrays for thermal control radiators on ST5[C]//40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit.Maryland：AIAA，2002：359.

[13]GARRISON D A，OSIANDER A R，CHAMPION J，et al.Variable emissivity through MEMS technology[C]//Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems，2000.ITHERM 2000.The Seventh Intersociety Conference on.Las Vegas：IEEE，2000（1）：264-270.

[14]FARRAR D，DOUGLAS D M，SWANSON T，et al.MEMS shutters for thermal control-flight validation and lessons learned[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2007，880（1）：73-80.

[15]CAO S，CHEN X，WU G，et al.Study on design and fabrication of micro thermal control louvers[J].Rare Metal Materials and Engineering，2011，394（40）：249-251.

[16]UENO A，SUZUKI Y.Parylene-based active micro space radiator with thermal contact switch[J].Applied Physics Letters，2014，104（9）：093511.

[17]MOGHADDAM S，LAWLER J，CURRANO J，et al.Novel method for measurement of total hemispherical emissivity[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer，2007，21（1）：128-133.

[18]MOGHADDAM S，LAWLER J，CURRANO J，et al.A space-based experiment to evaluate performance of electrostatic switched radiator（ESR）[J].2007（880）：66-72.

[19]CURRANO J，MOGHADDAM S，LAWLER J，et al.Performance analysis of an electrostatic switched radiator using heat-flux-based emissivity measurement[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer，2008，22（3）：360-365.

[20]BITER W，OH S，HESS S.Electrostatic switched radiator for space based thermal control[J].2002，608（8）：73-80.

[21]BITER W，OH S.Performance results of the ESR from the space technology 5 satellites[J].AIP Conference Proceedings，2007，880（1）：59-65.

[22]BITER W，HESS S，OH S.Development status of electrostatic switched radiator[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2006，813（1）：56-63.

[23]BITER W，HESS S，OH S.Electrostatic radiator for spacecraft temperature control[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2004，699（1）：96-102.

[24]BITER W，HESS S，OH S.Electrostatic appliqué for spacecraft temperature control[C]// AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2003，654（1）：162-171.

[25]BEASLEY M A，F(xiàn)IREBAUGH S L，EDWARDS R L，et al.Microfabricated thermal switches for emittance control[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2004，699（1）：119-125.

[26]ZHOU D，XIE D，XIA X，et al.All-solid-state electrochromic devices based on WO3||NiO films：material developments and future applications[J].Science China Chemistry，2016，60（1）：3-12.

[27]PLATT J R.Electrochromism，a possible change of color producible in dyes by an electric field[J].The Journal of Chemical Physics，1961，34（3）：862-863

[28]KOO B R，AHN H J.Fast-switching electrochromic properties of mesoporous WO3films with oxygen vacancy defects[J].Nanoscale，2017，9（45）：17788-17793.

[29]KANU S S，BINIONS R.Thin films for solar control applications[J].Proceedings of the Royal Society A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences，2009，466（2113）：19-44.

[30]DEB S K.A novel electrophotographic system[J].Applied Optics，1969，8（101）：192-195.

[31]ZHANG H，MI M，MIAO J，et al.Development and on-orbit operation of loop heat pipes on Chinese circumlunar return and reentry spacecraft[J].Journal of Mechanical Science and Technology，2017，31（6）：2597-2605.

[32]SWANSON T D，BIRUR G C.NASA thermal control technologies for robotic spacecraft[J].Applied Thermal Engineering，2003，23（9）：1055-1065.

[33]REAY D A.Heat pipes[J].Physics in Technology，2002，3（19）：311-319.

[34]REAY D，HARVEY A.The role of heat pipes in intensified unit operations[J].Applied Thermal Engineering，2013，57（1-2）：147-153.

[35]HOU Z Q，HUA C S，GUO S，et al.Performance investigation and application of grooved heat pipes[C]//American Institute of Aeronautics and Astronautics，Thermophysics Conference 14th.Orlando，F(xiàn)lorida，1979.

[36]RAJESWARAN B，PRADHAN J K，ANANTHA RAMAKRISHNA S，et al.Thermochromic VO2thin films on ITO-coated glass substrates for broadband high absorption at infra-red frequencies[J].Journal of Applied Physics，2017，122（16）：163107.

[37]ZHANG J，JIN H，CHEN Z，et al.Self-Assembling VO2nanonet with high switching performance at wafer-scale[J].Chemistry of Materials，2015，27（21）：7419-7424.

[38]GUO D，ZHAO Z，LI J，et al.Symmetric confined growth of superstructured vanadium dioxide nanonet with a regular geometrical pattern by a solution approach[J].Crystal Growth & Design，2017，17（11）：5838-5844.

[39]ZHANG J，ZHAO Z，LI J，et al.Evolution of structural and electrical properties of oxygen-deficient VO2under low temperature heating process[J].ACS Appl.Mater Interfaces，2017，9（32）：27135-27141.

[40]ZHANG J，LI J，CHEN P，et al.Hydrothermal growth of VO2nanoplate thermochromic films on glass with high visible transmittance[J].Scientific Reports，2016（6）：27898.

[41]HENGEVELD D，MATHISON M，BRAUN J，et al.Review of modern spacecraft thermal control technologies[J].HVAC&R Research，2010，16（2）：189-220.

[42]SUNADA E，LANKFORD K，PAUKEN M，et al.Wax-actuated heat switch for Mars surface applications[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque： AIP，2002，608（1）：211-213.

[43]NAGANO H，NAGASAKA Y，OHNISHI A.Development of a flexible thermal control device with high-thermal-conductivity graphite sheets[R].[s.l]: SAE Technical Paper，2003.

[44]NAGANO H，NAGASAKA Y，OHNISHI A.Simple deployable radiator with autonomous thermal control function[J].Journal of Thermophysics & Heat Transfer，2006，20（20）：856-864.

[45]NAGANO H，OHNISHI A，HIGUCHI K，et al.Experimental investigation of a passive deployable/stowable radiator[J].Journal of Spacecraft and Rockets，2009，46（1）：185-190.

[46]閔桂榮.航天器熱控制[M].北京：科學(xué)出版社，1998.MIN G R.Spacecraft thermal control[M].Beijing：Science Press，1998.

[47]侯增祺，閔桂榮.淺析航天器熱控技術(shù)的預(yù)先研究及其應(yīng)用研究[J].航天器工程，2004，13（2）：1-9.HOU Z Q，MIN G R.Preliminary study on spacecraft thermal control technology and its application[J].Spacecraft Engineering，2004，13（2）：1-9.

[48]KIM T，HAN S-H，OH H-U.Design and performance evaluation of MEMS-Based spaceborne variable emissivity radiator using movement of electrified beads[J].Journal of Microelectromechanical Systems，2017，26（1）：113-119.

[49]CARPENTER M K，CONELL R S，CORRIGAN D A.The electrochromic properties of hydrous nickel oxide[J].Solar Energy Materials，1987，16（4）：333-346.

[50]DEMIRYONT H，SHANNON III K C.Variable emittance electrochromic devices for satellite thermal control[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2007，880（1）：51-58.

[51]DEMIRYONT H，SHANNON K，WILLIAMS A.Emissivity modulating electro-chromic device[C]//Thermosense XXX.Orlando：International Society for Optics and Photonics，2008.

[52]CHANDRASEKHAR P，ZAY B J，MCQUEENEY T，et al.Variable emittance materials based on conducting polymers for spacecraft thermal control[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2003，654（1）：157-161.

[53]何延春，邱家穩(wěn).直流磁控濺射沉積WO3薄膜電致變色性能研究[J].真空與低溫，2007，13（1）：16-20.HE Y C，QIU J W.The Electrochromic properties of WO3thin films by DC magentron sputtering[J].Vacuum & Cryogenics，2007，13（1）：16-20.

[54]CAMIRAND H，BALOUKAS B，KLEMBERG-SAPIEHA J E，et al.In situ spectroscopic ellipsometry of electrochromic amorphous tungsten oxide films[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，2015（140）：77-85.

[55]BO G，WANG X，WANG K，et al.Preparation and electrochromic performance of NiO/TiO2nanorod composite film[J].Journal of Alloys and Compounds，2017（728）：878-886.

[56]BUGBY D，MARLAND B，STOUFFER C，et al.Across-gimbal and miniaturized cryogenic loop heat pipes[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2003，654（1）：218-226.

[57]BUGBY D C，KROLICZEK E J，YUN J S.Development and testing of a miniaturized multi-evaporator hybrid loop heat pipe[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2005，746（1）：69-81.

[58]BUGBY D，WRENN K，WOLF D，et al.Multi-evaporator hybrid loop heat pipe for small spacecraft thermal management[C]//Aerospace Conference，2005 IEEE.Montana：IEEE，2005：810-823.

[59]DUTRA T，RIEHL R R.Loop heat pipe：design and performance during operation[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2004，699（1）：51-58.

[60]BAKER C L，GROB E W，MCCARTHY T V，et al.Geoscience laser altimetry system（GLAS）on-orbit flight report on the propylene loop heat pipes（LHPs）[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2004，699（1）：88-95.

[61]劉佳，李運(yùn)澤，常靜，等.微小衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].航天器環(huán)境工程，2011，28（1）：77-82.LIU J，LI Y Z，CHANG J，et al.Research status and development trend of micro satellite thermal control system[J].Spacecraft Environment Engineering，2011，28（1）：77-82.

[62]AARON K.Spacecraft thermal control handbook，volume 1：fundamental technologies[M].El Segundo：The Aerospace Press，2002.

[63]MARLAND B，BUGBY D，STOUFFER C.Development and testing of advanced cryogenic thermal switch concepts[C]//AIP Conference Proceedings.Albuquerque：AIP，2000，504（1）：837-846.

[64]HAFER W，VITALE N，MACRIS C，et al.Design of a variable thermal layer （VTL） for a generic satellite component interface[C]//49th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics，and Materials Conference，16th AIAA/ASME/AHS Adaptive Structures Conference，10th AIAA Non-Deterministic Approaches Conference，9th AIAA Gossamer Spacecraft Forum，4th AIAA Multidisciplinary Design Optimization Specialists Conference.Illinois：AIAA，2008：2259.

[65]GONG J，CHA G，JU Y S.Thermal switches based on coplanar EWOD for satellite thermal control[C]//Micro Electro Mechanical Systems，2008.MEMS 2008.IEEE 21st International Conference on.Arizona：IEEE，2008：848-851.

[66]PICKETT W E，SINGH D J.Electronic structure and half-metallic transport in the La1-xCaxMnO3system[J].Phys Rev B Condens Matter，1996，53（3）：1146-1160.

[67]JONKER G H.Semiconducting properties of mixed crystals with perovskite structure [J].Physica，1954，20（7-12）：1118-1122.

[68]JONKER G H，SANTEN J H V.Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structure[J].Physica，1950，16（3）：337-349.

[69]JONKER G H，SANTEN J H V.Magnetic compounds wtth perovskite structure III.ferromagnetic compounds of cobalt[J].Physica，1953，19（1）：120-130.

[70]SHIMAKAWA Y，YOSHITAKE T，KUBO Y，et al.A variableemittance radiator based on a metal-insulator transition of（La，Sr）MnO3thin films[J].Applied Physics Letters，2002，80（25）：4864-4866.

[71]TANG G，YU Y，CAO Y，et al.The thermochromic properties of La1-xSrxMnO3compounds[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，2008，92（10）：1298-1301.

[72]SHEN X，XU G，SHAO C，et al.Temperature dependence of infrared emissivity of doped manganese oxides in different wavebands （3-5 and 8-14 μm）[J].Journal of Alloys and Compounds，2009，479（1-2）：420-422.

[73]SHEN X，XU G，SHAO C.The effect of B site doping on infrared emissivity of lanthanum manganites La0.8Sr0.2Mn1-xBxO3（B=Ti or Cu）[J].Journal of Alloys and Compounds，2010，499（2）：212-214.

[74]SHIMAZAKI K，TACHIKAWA S，OHNISHI A，et al.Radiative and optical properties of La1-xSrxMnO3（0≤x≤0.4） in the vicinity of metal-insulator transition temperatures from 173 to 413K[J].International Journal of Thermophysics，2001，22（5）：1549-1561.

[75]TACHIKAWA S，OHNISHI A，SHIMAKAWA Y，et al.Development of a variable emittance radiator based on a perovskite manganese oxide[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer，2003，17（2）：264-268.

[76]FAN D，LI Q，DAI P.Temperature-dependent emissivity property in La0.7Sr0.3MnO3films[J].Acta Astronautica，2016（121）：144-152.

[77]LU T，F(xiàn)AN D，LI Q，et al.Nanometer thick thermochromic film based on K-doped manganite oxide prepared by magnetron sputtering[J].Journal of Alloys and Compounds，2017（704）：366-372.

[78]SHIOTA T，MORI Y，SUGIYAMA J，et al.Preparation of （La1-xSrx）MnO3-δthin films on Si （100） substrates by a metal-organic decomposition method for smart radiation devices[J].Thin Solid Films，2017（626）：154-158.

[79]MORIN F J.Oxides which show a metal-to-insulator transition at the neel temperature[J].Physical Review Letters，1959，3（1）：34-36.

[80]CAVALLERI A，DEKORSY T，CHONG H H W，et al.Evidence for a structurally-driven insulator-to-metal transition inVO2：A view from the ultrafast timescale[J].Physical Review B，2004，70（16）：161102.

[81]ZHANG Z，GAO Y，CHEN Z，et al.Thermochromic VO2thin films：solution-based processing，improved optical properties，and lowered phase transformation temperature[J].Langmuir，2010，26（13）：10738-10744.

[82]GUINNETON F，SAUQUES L，VALMALETTE J C.Role of surface defects and microstructure in infrared optical properties of thermochromic VO2materials[J].Journal of Physics & Chemistry of Solids，2005，66（1）：63-73.

[83]BENKAHOUL M，CHAKER M，MARGOT J，et al.Thermochromic VO2film deposited on Al with tunable thermal emissivity for space applications[J].Solar Energy Materials & Solar Cells，2011，95（12）：3504-3508.

[84]HENDAOUI A，éMOND N，CHAKER M，et al.Highly tunableemittance radiator based on semiconductor-metal transition of VO2thin films[J].Applied Physics Letters，2013，102（6）：061107.

[85]HENDAOUI A，éMOND N，DORVAL S，et al.VO2-based smart coatings with improved emittance-switching properties for an energyefficient near room-temperature thermal control of spacecrafts[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，2013（117）：494-498.

[86]HENDAOUI A，éMOND N，DORVAL S，et al.Enhancement of the positive emittance-switching performance of thermochromic VO2films deposited on Al substrate for an efficient passive thermal control of spacecrafts[J].Current Applied Physics，2013，13（5）：875-879.

[87]TAYLOR S，YANG Y，WANG L.Vanadium dioxide based Fabry-Perot emitter for dynamic radiative cooling applications[J].Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer，2017（197）：76-83.

[88]KRUZELECKY R V，HADDAD E，WONG B，et al.Variable emittance thermochromic material and satellite system：U.S.Patent 7，761，053[P].USA：[s.n]，2010.

[89]BENKAHOUL M，HADDAD E，KRUZELECKY R，et al.Multilayer tuneable emittance coatings，with higher emittance for improved smart thermal control in space applications[C]//40th International Conference on Environmental Systems.[S.l]：AIAA，2010.

[90]JIANG X，SOLTANI M，HADDAD E，et al.Effects of atomic oxygen on the thermochromic characteristics of VO2coating[J].Journal of Spacecraft and Rockets，2006，43（3）：497-500.

[91]VOTI R L，LARCIPRETE M C，LEAHU G，et al.Optimization of thermochromic VO2based structures with tunable thermal emissivity[J].Journal of Applied Physics，2012，112（3）：1750-1466.

[92]FENG Y D，WANG Z M，MA Y L，et al.Thin film design for advanced thermochromic smart radiator devices[J].Chinese Physics，2007，16（6）：1704-1709.

[93]閆璐，王孝，曹韞真，等.基于二氧化釩的輻射率可調(diào)涂層設(shè)計(jì)[J].宇航材料工藝，2016，46（3）：22-26.YAN L，WANG X，CAO Y Z，et al.Structure design of V02-based multilayer structure with tunable emittance[J].Aerospace Materials and Technology，2016，46（3）：22-26.

[94]WANG X，CAO Y，ZHANG Y，et al.Fabrication of VO2-based multilayer structure with variable emittance[J].Applied Surface Science，2015（344）：230-235.

[95]RATHI S，LEE I-Y，PARK J-H，et al.Postfabrication annealing effects on insulator-metal transitions in VO2 Thin-film devices[J].ACS applied materials & interfaces，2014，6（22）：19718-19725.

[96]CASE F C.Modifications in the phase transition properties of predeposited VO2 films[J].Journal of Vacuum Science & Technology A：Vacuum，Surfaces，and Films，1984，2（4）：1509-1512.

[97]CHANG T，CAO X，DEDON L R，et al.Optical design and stability study for ultrahigh-performance and long-lived vanadium dioxidebased thermochromic coatings[J].Nano Energy，2018（44）：256-264.

[98]FAN L，CHEN S，WU Y，et al.Growth and phase transition characteristics of pure M-phase VO2epitaxial film prepared by oxide molecular beam epitaxy[J].Applied Physics Letters，2013，103（13）：131914.

[99]PAN M，ZHONG H，WANG S，et al.Properties of VO2thin film prepared with precursor VO（ACAC）2[J].Journal of Crystal Growth，2004，265（1-2）：121-126.

[100]GRAF D，SCHL?FER J，GARBE S，et al.Interdependence of structure，morphology，and phase transitions in CVD grown VO2and V2O3nanostructures[J].Chemistry of Materials，2017，29（14）：5877-5885.

[101]PARTLOW D，GURKOVICH S，RADFORD K，et al.Switchable vanadium oxide films by a sol-gel process[J].Journal of Applied Physics，1991，70（1）：443-452.

[102]DOU Y K，LI J B，CAO M S，et al.Oxidizing annealing effects on VO2 films with different microstructures[J].Applied Surface Science，2015（345）：232-237.

[103]JEONG J，AETUKURI N，GRAF T，et al.Suppression of metalinsulator transition in VO2by electric field-induced oxygen vacancy formation[J].Science，2013，339（6126）：1402-1405.

[104]NAKANO M，SHIBUYA K，OGAWA N，et al.Infrared-sensitive electrochromic device based on VO2[J].Applied Physics Letters，2013，103（15）：153503.

[105]WU T-L，WHITTAKER L，BANERJEE S，et al.Temperature and voltage driven tunable metal-insulator transition in individual WxV1-xO2nanowires[J].Physical Review B，2011，83（7）：073101.

[106]ZHANG R，JIN H B，GUO D，et al.The role of Fe dopants in phase stability and electric switching properties of Fe-doped VO2[J].Ceramics International，2016，42（16）：18764-18770.

[107]JIN P，NAKAO S，TANEMURA S.Tungsten doping into vanadium dioxide thermochromic films by high-energy ion implantation and thermal annealing[J].Thin Solid Films，1998，324（1）：151-158.

[108]PAN G，YIN J，JI K，et al.Synthesis and thermochromic property studies on W doped VO2films fabricated by sol-gel method[J].Scientific Reports，2017，7（1）：6132.

[109]MAI L，HU B，HU T，et al.Electrical property of mo-doped VO2nanowire array film by melting-quenching sol-gel method[J].The Journal of Physical Chemistry B，2006，110（39）：19083-19086.

[110]QUESADA-CABRERA R，POWELL M J，MARCHAND P，et al.Scalable production of thermochromic Nb-Doped VO2nanomaterials using continuous hydrothermal flow synthesis[J].Journal of Nanoscience and Nanotechnology，2016，16（9）：10104-10111.

[111]HE X，ZENG Y，XU X，et al.Orbital change manipulation metalinsulator transition temperature in W-doped VO2[J].Physical Chemistry Chemical Physics，2015，17（17）：11638-11646.

[112]REN Q，WAN J，GAO Y.Theoretical study of electronic properties of X-Doped （X=F，Cl，Br，I） VO2nanoparticles for thermochromic energy-saving foils[J].The Journal of Physical Chemistry A，2014，118（46）：11114-11118.

[113]WAN J，REN Q，WU N，et al.Density functional theory study of M-doped （M=B，C，N，Mg，Al） VO2nanoparticles for thermochromic energy-saving foils[J].Journal of Alloys and Compounds，2016（662）：621-627.